KR20210041879A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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KR20210041879A
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semiconductor substrate
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signal detection
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곽호영
윤형준
김종은
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에스케이하이닉스 주식회사
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Abstract

본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 제 1 면 및 상기 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 가지며, 상기 제 1 면으로 입사된 광에 응답하여 신호 캐리어(signal carrier)를 생성하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며 전계의 포텐셜 차이를 이용하여 상기 신호 캐리어들을 검출하는 복수의 신호 검출부들, 상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며, 상기 신호 검출부들을 분리시키는 절연막 및 상기 신호 검출부들 사이의 상기 절연막 상에 위치하며 상기 반도체 기판을 투과한 광을 반사시켜 상기 반도체 기판에 재입사시키는 적어도 하나의 더미 게이트를 포함할 수 있다.

Description

이미지 센싱 장치{IMAGE SENSING DEVICE}
본 발명은 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라, 디지털 카메라, 캠코더, PCS(personal communication system), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 또는 로봇 등의 다양한 분야에서 이미지 센서의 수요가 증가하고 있다.
이미지 센서를 이용해 3차원 영상을 얻기 위해서는, 색상(color)에 관한 정보뿐만 아니라 대상 물체(target object)와 이미지 센서 사이의 거리(또는 깊이)에 관한 정보가 필요하다.
대상 물체와 이미지 센서 사이의 상기 거리에 관한 정보를 얻는 방법은 크게 패시브(passive) 방식과 액티브(active) 방식으로 나눌 수 있다.
패시브 방식은 대상 물체로 빛을 조사하지 않고, 대상 물체의 영상 정보만을 이용하여 대상 물체와 이미지 센서 사이의 거리를 계산하는 방식이다. 이러한, 패시브 방식은 스테레오 카메라(stereo camera)에 적용될 수 있다.
액티브 방식으로는 삼각 측량(triangulation) 방식과 TOF(time-of-flight) 방식 등이 있다. 삼각 측량(triangulation) 방식은 이미지 센서로부터 일정 거리에 있는 광원, 예컨대 레이져(laser)에 의해 조사되고 대상 물체로부터 반사된 빛을 감지하고, 감지 결과를 이용하여 대상 물체와 이미지 센서 간의 거리를 계산하는 방식이다. TOF 방식은 대상 물체로 빛을 조사한 후 빛이 대상 물체로부터 반사되어 돌아올 때까지의 시간을 측정하여 대상 물체와 이미지 센서 사이의 거리를 계산하는 방식이다.
이미지 센서에는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서와 CCD(charge-coupled device) 센서가 있다. CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서보다 전력 소모가 적고, 제조 단가가 낮고, 크기가 작아서 스마트폰 또는 디지털 카메라와 같은 모바일 기기에 널리 사용되고 있다.
본 발명의 실시예는 입사되는 빛의 이용 효율을 높일 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 배선층의 레이아웃에 구애받지 않고 반사 구조물을 자유롭게 형성할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 기술의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 제 1 면 및 상기 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 가지며, 상기 제 1 면으로 입사된 광에 응답하여 신호 캐리어(signal carrier)를 생성하는 반도체 기판, 상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며 전계의 포텐셜 차이를 이용하여 상기 신호 캐리어들을 검출하는 복수의 신호 검출부들, 상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며, 상기 신호 검출부들을 분리시키는 절연막 및 상기 신호 검출부들 사이의 상기 절연막 상에 위치하며 상기 반도체 기판을 투과한 광을 반사시켜 상기 반도체 기판에 재입사시키는 적어도 하나의 더미 게이트를 포함할 수 있다.
본 기술의 다른 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 반도체 기판에 입사된 광을 광전변환하여 신호 캐리어를 생성 및 검출하는 복수의 유닛 픽셀들이 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연속적으로 배열되는 픽셀 어레이를 포함하며, 상기 픽셀 어레이는 상기 복수의 유닛 픽셀들이 상기 제 1 방향을 따라 배열되고 상기 반도체 기판을 투과한 광을 상기 반도체 기판쪽으로 반사시키는 더미 게이트들이 상기 유닛 픽셀들 사이에 배치되는 서브 픽셀 어레이들 및 상기 제 2 방향을 따라 상기 서브 픽셀 어레이들 사이에 위치하며 상기 유닛 픽셀들에서 광전변환된 신호를 리드아웃하는 픽셀 트랜지스터들이 상기 제 1 방향을 따라 배열되는 픽셀 트랜지스터 어레이를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 광전변환 되지 않고 반도체 기판을 투과한 광이 다시 반도체 기판으로 재입사되도록 함으로써 빛의 이용 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센싱 장치는 배선층의 레이아웃에 구애받지 않고 반사 구조물을 자유롭게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 도 1의 픽셀 어레이에 포함된 유닛 픽셀들의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에서 A-A'절취선 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4는 도 1의 픽셀 어레이에 포함된 유닛 픽셀들의 다른 모습을 예시적으로 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 센싱 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치는 TOF(time of flight) 원리를 이용하여 거리를 측정할 수 있다. 이러한 이미지 센싱 장치는 광원(100), 렌즈 모듈(200), 픽셀 어레이(300) 및 제어회로(400)를 포함할 수 있다.
광원(100)은 제어회로(400)로부터의 클락 신호(MLS)에 응답하여 대상 물체(1)에 광을 조사한다. 광원(100)은 적외선 또는 가시광을 발광하는 레이저 다이오드(LD; Laser Diode)나 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode), 근적외선 레이저(NIR; Near Infrared Laser), 포인트 광원, 백색 램프 및 모노크로메이터(monochromator)가 조합된 단색(monochromatic) 조명원, 또는 다른 레이저 광원의 조합일 수 있다. 예를 들어, 광원(100)은 800㎚ 내지 1000㎚의 파장을 가지는 적외선을 발광할 수 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 하나의 광원(100)만을 도시하였으나, 복수의 광원들이 렌즈 모듈(200)의 주변에 배열될 수도 있다.
렌즈 모듈(200)은 대상 물체(1)로부터 반사된 광을 수집하여 픽셀 어레이(300)의 픽셀들(PX)에 집중 시킨다. 렌즈 모듈(200)은 유리 또는 플라스틱 표면의 집중 렌즈 또는 다른 원통형 광학 원소를 포함할 수 있다. 렌즈 모듈(200)은 볼록한 구조를 가지는 집중 렌즈를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(300)는 2차원 구조로 연속적으로 배열된{예를 들어, 컬럼(column) 방향 및 로우(row) 방향으로 연속적으로 배열된} 복수의 유닛 픽셀들(PX)을 포함한다. 유닛 픽셀들(PX)은 반도체 기판에 형성될 수 있으며, 각 유닛 픽셀(PX)은 렌즈 모듈(200)을 통해 수신된 광을 그에 대응하는 전기 신호로 변환하여 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 이때, 픽셀 신호는 대상 물체(1)에 대한 색상을 나타내는 신호가 아닌 대상 물체(1)와의 거리를 나타내는 신호일 수 있다. 각 유닛 픽셀(PX)은 입사된 광에 의해 기판 내에서 생성된 신호 캐리어(signal carrier)들을 전계의 포텐셜 차이를 이용하여 검출하는 CAPD(Current-Assisted Photonic Demodulator) 타입의 픽셀일 수 있다. 본 실시예에서의 픽셀 어레이(300)는 기판의 제 1 면을 통해 유닛 픽셀들(PX)에 입사된 광들 중 기판을 투과한 광을 다시 기판쪽으로 반사시키기 위한 반사 구조물을 포함할 수 있다. 이러한, 반사 구조물은 기판의 제 2 면(제 1 면에 대향되는 면) 상부에서 제어 영역과 검출 영역을 포함하는 신호 검출(extraction)부들 사이의 영역에 형성되는 더미 게이트들을 포함할 수 있다.
제어 회로(400)는 광원(100)을 제어하여 대상 물체(1)에 광을 조사하고, 픽셀 어레이(300)의 유닛 픽셀들(PX)을 구동시켜 대상 물체(1)로부터 반사된 광에 대응되는 픽셀 신호들을 처리하여 대상 물체(1)의 표면에 대한 거리를 측정한다.
이러한 제어 회로(400)는 로우 디코더(410), 광원 드라이버(420), 타이밍 컨트롤러(430), 포토게이트 컨트롤러(440) 및 로직 회로(450)를 포함할 수 있다.
로우 디코더(row decoder; 410)는 타이밍 컨트롤러(timing controller; 430)로부터 출력된 타이밍 신호에 응답하여 픽셀 어레이(300)의 유닛 픽셀들(PX)을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 로우 디코더(410)는 복수의 로우라인들(row lines) 중에서 적어도 어느 하나의 로우라인(row line)을 선택할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다. 이러한 제어 신호는 선택 트랜지스터를 제어하는 선택 신호 및 전송 게이트의 동작을 제어하기 위한 전송 신호를 포함할 수 있다.
광원 드라이버(light source driver; 420)는 타이밍 컨트롤러(430)의 제어에 따라 광원(100)을 구동시킬 수 있는 클락 신호(MLS)를 생성할 수 있다. 광원 드라이버(42)는 클락 신호(MLS) 또는 클락 신호(MLS)에 대한 정보를 포토 게이트 컨트롤러(28)로 공급할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(430)는 로우 디코더(410), 광원 드라이버(420), 포토게이트 컨트롤러(440) 및 로직 회로(450)의 동작을 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
포토게이트 컨트롤러(photogate controller; 440)는 타이밍 컨트롤러(430)의 제어에 따라 포토 게이트 컨트롤 신호들을 생성하여 이들을 픽셀 어레이(300)로 공급할 수 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위하여 포토게이트 컨트롤러(28)에 대해서만 설명하나, 제어 회로(400)는 타이밍 컨트롤러(430)의 제어에 따라 복수의 포토다이오드 컨트롤 신호들을 생성하여 이들을 픽셀 어레이(40)로 공급하는 포토다이오드 컨트롤러를 포함할 수 있다.
로직 회로(logic circuit; 450)는 타이밍 컨트롤러(430)의 제어에 따라 픽셀 어레이(300)로부터의 픽셀 신호들을 처리하여 대상 물체(1)와의 거리를 계산할 수 있다. 로직 회로(450)는 픽셀 어레이(100)로부터 출력된 픽셀 신호들에 대해 상관 이중 샘플링(correlated double sampling)을 수행하기 위한 상관 이중 샘플러(CDS: correlated double sampler)를 포함할 수 있다. 또한, 로직 회로(450)는 상관 이중 샘플러로부터의 출력 신호들을 디지털 신호들로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 픽셀 어레이에 포함된 유닛 픽셀들의 모습을 예시적으로 보여주는 도면이며, 도 3은 도 2에서 A-A'절취선 따라 절단된 단면의 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 픽셀 어레이(300)는 제 1 방향 및 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연속적으로 배열되는 유닛 픽셀(PX)들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 픽셀 어레이(300)는 서브 픽셀 어레이들(PX_S) 및 픽셀 트랜지스터 어레이들(TR_S)을 포함할 수 있다.
서브 픽셀 어레이들(PX_S) 각각은 제 1 방향을 따라 배열되는 복수의 유닛 픽셀(PX)들을 포함할 수 있다. 각 유닛 픽셀(PX)은 이웃하게 배치되는 한 쌍의 신호 검출부들(320, 330)을 포함할 수 있다. 각 신호 검출부(320, 330)는 제어 영역(Control Region)(322, 332) 및 검출 영역(Detection Region)(324, 334)을 포함할 수 있다. 신호 검출부들(320, 330) 사이에는 광반사용 더미 게이트들(340)이 배치될 수 있다.
제어 영역들(322, 332)은 P형 불순물 영역을 포함할 수 있다. 제어 영역들(322, 332)은 p+ 확산 영역 및 p-웰을 포함할 수 있다. 검출 영역들(324, 334)은 N형 불순물 영역을 포함할 수 있다. 검출 영역들(324, 334)은 n+ 확산 영역 및 n-웰을 포함할 수 있다. 제어 영역들(322, 332)은 도전라인들(372)을 통해 로우 디코더(410)와 연결되어, 로우 디코더(410)로부터 복조제어신호를 수신할 수 있다. 각 유닛 픽셀(PX)에서, 제어 영역들(322, 332)에 인가되는 복조제어신호의 전위차는 입사광에 의해 기판(310) 내에서 생성된 신호 캐리어의 흐름을 제어하는 전계(또는 홀 전류(hole current)를 발생시킬 수 있다. 즉, 제어 영역들(322, 332)은 복조제어신호에 근거하여 기판(310) 내에 다수 캐리어 전류(홀 전류)를 발생시킨다. 검출 영역들(324, 334)은 기판(310)에 입사된 광에 의해 생성된 신호 캐리어(전자)들이 홀 전류에 의해 이동할 때 그 신호 캐리어들을 캡쳐(capture)한다.
각 신호 검출부(320, 330)에서, 검출 영역들(324, 334) 각각은 해당 제어 영역(322, 332)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 2에서는 검출 영역들(324, 334)이 팔각형의 띠 형태로 형성되는 경우가 예시적으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 원형 또는 임의의 다각형 형태로 형성될 수 있다. 또한, 검출 영역들(324, 334) 각각은 해당 제어 영역(322, 332)을 띠 형태로 완전히 둘러싸는 형태가 아니라 적어도 일부 영역이 분리된 형태로 형성될 수 있다.
제어 영역들(322, 332) 및 검출 영역들(324, 334)이 형성되는 액티브 영역은 절연막(314)에 의해 정의될 수 있다. 즉, 제어 영역들(322, 332) 및 검출 영역들(324, 334)은 절연막(314)에 의해 물리적으로 분리될 수 있다. 절연막(314)은 기판(310)의 제 2 면이 일정 깊이로 식각된 트렌치에 절연물질이 매립된 STI(Swallow Trench Isolation) 형태로 형성될 수 있다. 이러한 절연막(314)은 산화막을 포함할 수 있다.
서브 픽셀 어레이들(PX_S)에서, 신호 검출부들(320, 330) 사이의 절연막(314) 상에는 광반사용 더미 게이트들(340)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 광반사용 더미 게이트들(340)은 기판(310)에서 광이 입사되는 제 1 면과 대향되는 제 2 면 상부에 형성되되, 절연막(314) 상에 형성될 수 있다. 광반사용 더미 게이트들(340)은 광전변환되지 않고 기판(310)을 관통한 광을 반사시켜 다시 기판(310)으로 재입사시킬 수 있다. 더미 게이트들(340)은 신호 검출부들(320, 330) 보다 작은 크기로 형성되어 신호 검출부들(320, 330) 사이의 영역에 고르게 분산 배치될 수 있다. 도 2에는 더미 게이트들(340)이 사각 형상으로 형성되는 경우가 도시되었으나, 더미 게이트들(340)의 형태는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 더미 게이트들이(340)은 원형 또는 사각이 아닌 다른 다각형 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 2에서는 더미 게이트들(340)이 모두 동일한 형태로 형성되는 경우가 도시되었으나 더미 게이트들(340)은 서로 다른 형태로 형성될 수 있다.
픽셀 트랜지스터 어레이들(TR_S)은 제 2 방향을 따라 서브 픽셀 어레이들(PX_S) 사이에 위치할 수 있다. 픽셀 트랜지스터 어레이들(TR_S) 각각은 제 1 방향을 따라 배열되는 복수의 픽셀 트랜지스터들(350)을 포함할 수 있다. 픽셀 트랜지스터 어레이들(TR_S)의 픽셀 트랜지스터들(350)은 이웃한 서브 픽셀 어레이(PX_S)의 유닛 픽셀들로부터 픽셀 신호를 리드아웃(read out)하여 컬럼 라인에 출력할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 트랜지스터들(350)은 검출 영역(324, 334)에 캡쳐된 신호 캐리어에 대응되는 픽셀 신호를 리드아웃(read out)할 수 있다.
픽셀 트랜지스터들(350)은 제 1 방향을 따라 배열되는 전송(transfer) 트랜지스터, 리셋(reset) 트랜지스터, 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터 및 선택(selection) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 픽셀 트랜지스터들(350)은 절연막(314)에 의해 정의되는 액티브 영역에 형성될 수 있다.
전송 트랜지스터는 검출 영역(324, 334)과 연결되며, 전송제어신호에 따라 검출 영역(324, 334)에 캡쳐된 신호 캐리어를 플로팅 디퓨젼 영역으로 전송할 수 있다. 리셋 트랜지스터는 리셋신호에 따라 플로팅 디퓨전을 리셋 시킬 수 있다. 소스 팔로워(source follower) 트랜지스터는 플로팅 디퓨전 영역의 전위 크기에 대응되는 픽셀 신호를 생성할 수 있다. 선택 트랜지스터는 선택신호에 따라 소스 팔로워 트랜지스터에서 출력되는 픽셀 신호를 컬럼 라인으로 출력할 수 있다. 검출 영역(324, 334) 각각에서 캡쳐된 신호 캐리어에 대응되는 픽셀 신호들은 각각 서로 다른 컬럼 라인을 통해 출력될 수 있다. 전송제어신호, 리셋신호 및 선택신호는 로우 디코더(410)로부터 제공받을 수 있다.
기판(310)은 반도체 기판, 예를 들어 P형 반도체 기판을 포함할 수 있다. 기판(310)은 광이 입사되는 제 1 면 및 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 포함할 수 있다.
기판(310)에서 제 1 면의 아래 부분에는 일정 깊이만큼의 P형 불순물 영역(312)이 형성될 수 있다. 기판(310)의 제 1 면 상부에는 입사광을 집광시키기 위한 렌즈층(360)이 형성될 수 있다. 기판(310)과 렌즈층(360) 사이에는 반사방지막(미도시)이 형성될 수도 있다. 렌즈층(360)은 각 유닛 픽셀(PX)별로 형성된 복수의 마이크로렌즈들을 포함할 수 있다.
기판(310)에서 제 2 면의 아래 부분에는 절연막(314) 및 신호 검출부들(320, 330)이 형성될 수 있다. 신호 검출부들(320, 330)은 절연막(314)에 의해 물리적으로 분리될 수 있다.
기판(310)의 제 2 면 상부에서 절연막(314) 상에는 광반사용 더미 게이트들(340)이 형성될 수 있다. 광반사용 더미 게이트들(340)은 픽셀 트랜지스터들(350) 또는 제어 회로(400)의 트랜지스터들과 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 광반사용 더미 게이트들(340)은 픽셀 트랜지스터들(350) 또는 제어 회로(400)의 트랜지스터들과 동일한 구조를 가지지만, 액티브 영역에 형성되는 것이 아니라 절연막(314) 상에 형성될 수 있다.
광반사용 더미 게이트들(340)은 게이트 절연막(342), 폴리실리콘막(344) 및 금속막(346)을 포함할 수 있다. 이때, 금속막(346)은 코발트 실리사이드 또는 니켈 실리사이드와 같은 실리사이드막을 포함할 수 있다. 기판(310)을 투과한 광은, 도 3에서 화살표로 표시한 바와 같이, 광반사용 더미 게이트(340)의 금속막(346)에서 반사되어 기판(310)에 재입사될 수 있다. 광반사용 더미 게이트들(340)은 픽셀 트랜지스터들(350) 또는 제어 회로(400)의 트랜지스터들의 게이트가 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
기판(310)의 제 2 면 상부에는 도전라인들(372) 및 층간절연막(374)을 포함하는 배선층(370)이 형성될 수 있다. 도전라인들(372)은 광반사용 더미 게이트들(340) 상부에 형성될 수 있다. 도전라인들(372)은 유닛 픽셀들(PX) 및 픽셀 트랜지스터들(350)을 동작시키기 위한 신호들을 전송하는 도전라인들을 포함할 수 있다. 또한, 도전라인들(372)은 광전변환된 전기 신호 및 이에 대응되는 픽셀 신호를 전송하기 위한 도전라인들을 포함할 수 있다. 도전라인들(372)은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 도전라인들(372)은 콘택 플러그(미도시)를 통해 제어 영역들(322, 332)과 검출 영역들(324, 334) 그리고 픽셀 트랜지스터들(350)과 연결될 수 있다. 층간절연막(374)은 복수의 절연막들이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 층간 절연막(374)은 산화막과 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 도 1의 픽셀 어레이에 포함된 유닛 픽셀들의 다른 모습을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서는 광반사용 더미 게이트(380)의 형태가 상술한 도 2에서의 광반사용 더미 게이트(350)와 상이하다.
도 2에서는, 신호 검출부들(320, 330) 보다 작은 사이즈의 복수의 광반사용 더미 게이트들(340)이 신호 검출부들(320, 330) 사이에 고르게 분산 배치되는 형태로 형성되었다. 도 4에서는, 신호 검출부들(320, 330) 사이의 빈 공간이 최소화될 수 있도록 신호 검출부들(320, 330) 사이에 각각 큰 사이즈를 갖는 하나의 광반사용 더미 게이트(380)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 광반사용 더미 게이트(380)는 양측에 있는 신호 검출부들(320, 330)의 측면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 광반사형 더미 게이트들(340, 380)은 실시예들에 불과할 뿐이며, 광반사형 더미 게이트는 기판(310)을 투과한 광을 잘 반사시킬 수 있다면 어떠한 형태로 형성되든 상관없다.
광반사용 더미 게이트(380)도 절연막(314) 상에 형성된 게이트 절연막, 폴리실리콘막 및 금속막(실리사이드막)의 적층 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 광반사용 더미 게이트(380)도 픽셀 트랜지스터들(350) 또는 제어 회로(400)의 트랜지스터들의 게이트가 형성될 때 함께 형성될 수 있다.
광반사용 더미 게이트(380) 이외의 구성들은 상술한 도 2에서와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광원
200: 렌즈 모듈
300: 픽셀 어레이
310: 기판
320, 330: 신호 검출부
340: 광반사용 더미 게이트
350: 픽셀 트랜지스터
360: 렌즈층
370: 배선층
400: 제어회로
410: 로우 디코더
420: 광원 드라이버
430: 타이밍 컨트롤러
440: 포토게이트 컨트롤러
450: 로직 회로

Claims (18)

  1. 제 1 면 및 상기 제 1 면과 대향되는 제 2 면을 가지며, 상기 제 1 면으로 입사된 광에 응답하여 신호 캐리어(signal carrier)를 생성하는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며, 전계의 포텐셜 차이를 이용하여 상기 신호 캐리어들을 검출하는 복수의 신호 검출부들;
    상기 반도체 기판에서 상기 제 2 면 하부에 위치하며, 상기 신호 검출부들을 분리시키는 절연막; 및
    상기 신호 검출부들 사이의 상기 절연막 상에 위치하며, 상기 반도체 기판을 투과한 광을 반사시켜 상기 반도체 기판에 재입사시키는 적어도 하나의 더미 게이트를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 절연막은
    상기 반도체 기판의 상기 제 2 면이 식각된 트렌치에 절연물질이 매립된 STI(Swallow Trench Isolation) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 더미 게이트는
    게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 상에 형성되는 폴리실리콘막; 및
    상기 폴리실리콘막 상에 형성되는 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 금속막은
    실리사이드막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 신호 검출부들은
    제 1 타입의 불순물들을 포함하며, 복조제어신호에 따라 상기 반도체 기판 내에 홀 전류를 발생시키는 제어 영역; 및
    상기 제 1 타입의 불순물과 특성이 반대되는 제 2 타입의 불순물들을 포함하며, 상기 홀 전류에 의해 이동하는 상기 신호 캐리어를 캡쳐하는 검출 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제어 영역과 상기 검출 영역은
    상기 절연막에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 검출 영역은
    상기 제어 영역을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 더미 게이트는
    상기 신호 검출부보다 작은 사이즈의 복수의 더미 게이트들이 상기 신호 검출부들 사이에 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 더미 게이트는
    상기 신호 검출부들 사이에 각각 하나의 싱글 더미 게이트가 배치되며, 각 싱글 더미 게이트는 양측에 있는 신호 검출부들의 측면을 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  10. 반도체 기판에 입사된 광을 광전변환하여 신호 캐리어를 생성 및 검출하는 복수의 유닛 픽셀들이 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연속적으로 배열되는 픽셀 어레이를 포함하며,
    상기 픽셀 어레이는
    상기 복수의 유닛 픽셀들이 상기 제 1 방향을 따라 배열되고, 상기 반도체 기판을 투과한 광을 상기 반도체 기판쪽으로 반사시키는 더미 게이트들이 상기 유닛 픽셀들 사이에 배치되는 서브 픽셀 어레이들; 및
    상기 제 2 방향을 따라 상기 서브 픽셀 어레이들 사이에 위치하며, 상기 유닛 픽셀들에서 광전변환된 신호를 리드아웃하는 픽셀 트랜지스터들이 상기 제 1 방향을 따라 배열되는 픽셀 트랜지스터 어레이를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 유닛 픽셀들은
    복조제어신호에 따라 상기 반도체 기판 내에 전위차를 발생시키고 상기 전위차를 이용하여 상기 신호 캐리어들을 검출하는 복수의 신호 검출부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반도체 기판이 식각된 트렌치에 절연물질이 매립된 구조를 포함하며 상기 신호 검출부들을 분리시키는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 더미 게이트들은
    상기 신호 검출부들 사이의 상기 절연막 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 더미 게이트들은
    상기 신호 검출부보다 작은 사이즈로 형성되며 상기 신호 검출부들 사이에 분산 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 더미 게이트들은
    상기 신호 검출부들 사이 마다 하나씩 배치되며 양측에 있는 상기 신호 검출부들의 측면을 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  16. 청구항 10에 있어서, 상기 더미 게이트들은
    상기 픽셀 트랜지스터의 게이트와 동일한 적층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  17. 청구항 10에 있어서, 상기 더미 게이트들은
    게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 상에 형성되는 폴리실리콘막; 및
    상기 폴리실리콘막 상에 형성되는 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 금속막은
    실리사이드막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센싱 장치.
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